svc靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置原理及應(yīng)用

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1、1.引言隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化技術(shù)的進(jìn)步，電力網(wǎng)負(fù)荷急劇增大，對(duì)電網(wǎng)感性無(wú)功要求也與日懼增。特別是如可逆式大型軋鋼機(jī)、煉鋼電弧爐等沖擊負(fù)荷、非線(xiàn)性負(fù)荷容量的不斷增加，加上普遍應(yīng)用的電力電子和微電技術(shù)，使得電力網(wǎng)發(fā)生電壓波形畸變，電壓波動(dòng)閃變和三相不平衡等，產(chǎn)生電能質(zhì)量降低，電網(wǎng)功率因數(shù)降低，網(wǎng)絡(luò)損耗增加等不良影響。近年發(fā)展起來(lái)的靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置（STATICVARCOMPENSATOR，下簡(jiǎn)稱(chēng)SVC）是一種快速調(diào)節(jié)無(wú)功功率的裝置，已成功的應(yīng)于冶金、采礦和電氣化鐵路等沖擊性負(fù)荷的補(bǔ)償上。而晶閘管控制電抗器型（稱(chēng)TCR型）SVC用晶閘

2、管控制線(xiàn)性電抗器實(shí)現(xiàn)較快、連續(xù)的無(wú)功功率調(diào)節(jié)，由于它具有反應(yīng)時(shí)間快（5～20MS），運(yùn)行可靠，無(wú)級(jí)補(bǔ)償、分相調(diào)節(jié)，能平衡有功，適用范圍廣和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。TCR裝置還能實(shí)現(xiàn)分相控制，有較好的抑制不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷的能力，因而其應(yīng)用最廣。尤其是在冶金行業(yè)中，使用例子也最多。2.TCR＋FC型SVC系統(tǒng)的組成及控制原理2.1系統(tǒng)組成TCR＋FC型SVC系統(tǒng)的組成如圖1所示，一般由TCR、濾波器（FC）及控制系統(tǒng)組成。通過(guò)控制與電抗器串聯(lián)的兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，既可以向系統(tǒng)輸送感性無(wú)功電流，又可以向系統(tǒng)輸送容性無(wú)功電流。該補(bǔ)償器響應(yīng)時(shí)間快（小于半

3、周波），靈活性大，而且可以連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，缺點(diǎn)是產(chǎn)生諧波，但加上濾波裝置則可以克服。圖1TCR＋FC型SVC系統(tǒng)的組成2.2可調(diào)控電抗器相（TCR）產(chǎn)生連續(xù)變化感性無(wú)功的基本原理如圖2（A）所示，U為交流電壓。TH1、TH2為兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管，控制這兩個(gè)晶閘管在一定范圍內(nèi)導(dǎo)通，則可控制電抗器流過(guò)的電流I，I和U的基本波形如圖2（B）所示。圖2可調(diào)控電抗器相（TCR）產(chǎn)生連續(xù)變化感性無(wú)功的基本原理α為T(mén)H1和TH2的觸發(fā)角，則有I＝（COSα－COSωT）I的基波電流有效值為：I＝（2π－2α＋SIN2α）式中：V為相電壓有效值；ωL為

4、電抗器的基波電抗（ω）。因此，可以通過(guò)控制電抗器L上串聯(lián)的兩只反并聯(lián)晶閘管的觸發(fā)角α來(lái)控制電抗器吸收的無(wú)功功率的值。2.3恒無(wú)功控制、保證功率因數(shù)及電壓波動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成如圖3所示。SVC連接到系統(tǒng)中，電容器提供固定容性無(wú)功功率QC，通過(guò)具有完好線(xiàn)性特征的補(bǔ)償電抗器的電流決定了從補(bǔ)償電抗器輸出的感性無(wú)功值QTCR，感性無(wú)功與容性無(wú)功相抵消，只要QN（系統(tǒng)）＝QV（負(fù)載）－QC＋QTCR＝恒定值（或0），功率因數(shù)就能保持恒定，電壓幾乎不波動(dòng)。圖3控制系統(tǒng)的基本組成最重要的是精確控制晶閘管觸發(fā)，獲得所需的電抗器的電流。根據(jù)采集的進(jìn)線(xiàn)電流

5、及母線(xiàn)電壓經(jīng)乘法器后得出要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率，計(jì)算機(jī)發(fā)出觸發(fā)脈沖，光纖傳輸?shù)矫}沖放大單元，經(jīng)放大后觸發(fā)晶閘管，得到所補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率。2.4無(wú)源濾波器（FC）無(wú)源濾波器（FILTERCOMPENSATIOR，簡(jiǎn)稱(chēng)FC），是現(xiàn)階段最常見(jiàn)、最實(shí)用、也是有效的抑制高次諧波的措施。由電容器、電抗器，有時(shí)還包括電阻等無(wú)源元件組成。其基本原理是利用電路諧振的特點(diǎn)，對(duì)某次諧波或以上諧波形成低阻抗通路，以達(dá)到抑制高次諧波和無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?。分為單調(diào)諧波濾波器，雙調(diào)諧波濾波器和高通濾波器（減幅濾波器）等幾種。高通濾波器（減幅濾波器）又可分為一階、二階、三階和C型

6、。如圖4所示：無(wú)源濾波器（FC）在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：圖4高通濾波器（1）濾波器發(fā)出的無(wú)功應(yīng)滿(mǎn)足補(bǔ)償功率因數(shù)，抑制電壓波動(dòng)及閃變的要求；（2）選取的濾波電容器的額定電壓應(yīng)保證濾波器的安全可靠運(yùn)行；（3）濾波器的分組應(yīng)滿(mǎn)足濾除諧波電流的要求；（4）濾波器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行充分的計(jì)算機(jī)仿真及數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)選，經(jīng)多個(gè)方案比較，選擇最佳方案；（5）對(duì)選定的濾波器應(yīng)進(jìn)行濾波器各種運(yùn)行方式下的計(jì)算機(jī)仿真，避免與系統(tǒng)發(fā)生諧振；（6）對(duì)濾波器的安全運(yùn)行應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)校驗(yàn)。3.TCR＋FC型SVC的應(yīng)用舉例2005年某鋼廠(chǎng)新上了一套TCR和FC補(bǔ)償容量分別18MVAR和

7、17MVAR的TCR＋FC型SVC。該工程負(fù)荷主要為兩臺(tái)粗軋機(jī)（2×4200KW同步電機(jī)）。經(jīng)過(guò)晶閘管變流調(diào)速裝置進(jìn)行調(diào)速，過(guò)載倍數(shù)為2倍。這些設(shè)備掛接在6KV母線(xiàn)上，系統(tǒng)最小短路容量為238MVA。上輥定子整流變壓器容量為3000KVA，連接組別為D／D03臺(tái)，下輥定子整流變壓器容量為3000KVA，連接組別為D／Y113臺(tái)。由于整流變壓器采用了D，Y接法，故可以消除3的整數(shù)倍次的高次諧波，從而使注入電網(wǎng)的諧波電流只有5、7、11……等諧波。經(jīng)計(jì)算粗軋機(jī)最大無(wú)功沖擊為15120KVAR，6KV母線(xiàn)最小短路容量為238MVA。電壓波動(dòng)國(guó)

8、標(biāo)允許值為2％。所以允許無(wú)功波動(dòng)為：△Q＝SDMIN×△U％＝238×2％＝4.76MVA補(bǔ)償容量為：QMAX－△Q＝15.12－4.76＝10.36MVAR。為留有余量，取11MVAR?？傆?jì)算負(fù)荷為194